锰矿是冶炼锰铁合金的重要原料,随着我国钢铁产量的增加,对锰矿的需求日益增大。但我国93.6%的锰矿资源属于低品位锰矿,依靠本土锰矿石的产出不能满足我国钢铁工业发展的需要,开发低品位锰矿的利用工艺已经势在必行。我国超过49.6%的锰矿属于高磷低品位菱锰矿,这类锰矿的锰品位低（Mn0.01）,磷矿物分散嵌布于锰矿石中,分离难度大,如何有效地降低高磷低品位菱锰矿的磷含量并提高它的锰品位是国内外锰业工作者关注的重要课题。在众多高磷低品位菱锰矿的选矿工艺中,氨浸法具有选择性好、废液少和产品纯度高等优势而显示出良好的发展前景,但目前关于氨浸法处理锰矿的研究集中在含锰钢渣、高铁贫锰矿和低品位软锰矿方面,对于高磷低品位菱锰矿的氨浸法处理方面研究仍相当缺乏,尤其是对氨浸法处理高磷低品位菱锰矿时焙烧过程的物相转变与杂质行为、氨浸过程中锰的溶解行为以及锰磷分离特性等问题缺少系统的研究。本文针对氨浸法处理高磷低品位菱锰矿所存在的问题,对采用焙烧—氨水-碳酸铵溶液浸出—蒸氨工艺处理高磷低品位菱锰矿的过程开展了系统研究,重点研究了氨浸法处理菱锰矿时菱锰矿焙烧过程中的物相转变规律和微观结构变化特征、杂质在焙烧过程的行为与控制、菱锰矿焙砂中锰和磷在氨水-碳酸铵溶液的溶解行为以及氨浸液的蒸氨工艺等,研究结果表明,采用氨浸法处理工艺可实现高磷低品位菱锰矿中锰的高效提取与磷的有效分离,为丰富氨浸法处理高磷低品位菱锰矿技术的理论及其实际应用奠定了基础。本文的具体研究结果如下:①通过ICP-OES,XRD,扫描电镜等分析手段对高磷低品位菱锰矿的属性进行了表征,查明了高磷低品位菱锰矿的的化学成分、矿物组成和主要元素的分布特征,为焙烧、氨浸以及蒸氨试验提供了基础数据。高磷低品位菱锰矿的Mn含量为 18.62%,P 含量为 0.42%,P/Mn=0.022,主要物相为 MnCO3、CaMg（CO3）2、Ca（Fe,Mg）（CO3）2和SiO2。锰矿中P元素离散的分布于锰矿的各个区域,锰矿中Mn元素与Si元素分属于不同的矿相之中,Ca元素与Mg元素有着极为相似的分布规律,锰矿中的Ca元素与Mg元素是以CaMg（CO3）2的形式存在。②查明了高磷低品位菱锰矿在不同焙烧气氛下主要成分的物相转变以及微观结构变化,分析了焙烧因素对锰浸出率的影响规律。高磷低品位菱锰矿中MnCO3在氮气气氛和二氧化碳气氛下焙烧得到MnO,而在空气气氛下焙烧得到Mn2O3。在氮气气氛下焙烧高磷低品位菱锰矿制备MnO焙砂所需温度为700℃,低于二氧化碳气氛下约100℃。从获得后续氨浸过程所需的MnO焙砂和节约能耗的角度考虑,在氮气气氛下焙烧高磷低品位菱锰矿制备MnO焙砂为宜。考察了氮气气氛下,焙烧温度和焙烧时间对锰的浸出率的影响规律。确立了适宜焙烧高磷低品位菱锰矿制备MnO焙砂的条件:在氮气气氛下,700℃焙烧60min,锰的浸出率最高达到83.3%。③研究了焙烧过程中高磷低品位菱锰矿中主要杂质SiO2和CaMg（CO3）2的行为与控制,锰矿中SiO2在焙烧过程中与MnCO3分解产生的MnO反应生成难溶MnSiO3是导致氨浸工艺锰浸出率低的重要原因。为了减少锰矿中MnSiO3的生成,提出了 NaOH溶液对锰矿进行脱Si预处理的方法,有效抑制难溶MnSiO3的形成。未经脱Si预处理时,氨浸锰的浸出率为82.4%。将高磷锰矿粉加入浓度为25%的NaOH溶液,在温度为85℃,液固比为5:1,进行脱Si预处理60min,高磷锰矿中Si的脱除率大于95%,氨浸时锰的浸出率可以提高到91.2%。④对高磷低品位菱锰矿焙砂中MnO在氨水-碳酸铵溶液中的溶解行为进行理论研究,揭示了溶液pH值、总氨浓度和总碳浓度对溶液中锰离子浓度的影响规律,为氨浸工艺的制定提供理论基础。MnO溶解于氨水-碳酸铵溶液会生成多种含锰离子,包括锰离子、锰氨配离子、MnHCO3+和锰羟基配离子等,上述离子随pH增大的转变趋势游离锰离子和MnHCO3+→锰氨配离子→锰羟基配离子。适合MnO的溶解的氨水-碳酸铵溶液的pH值范围为10～11。提高氨水-碳酸铵溶液的总氨浓度或总碳浓度均可提高锰氨配离子的浓度。MnO溶解特性的试验结果表明,随着总氨浓度和总碳浓度的提高,氨水-碳酸铵溶液中总锰离子浓度升高,但是过高的氨水浓度和碳浓度对总锰离子浓度的提高不明显。在总氨浓度为12～16mol/L、碳浓度为2～3mol/L、pH为9.8～10.4的氨水-碳酸铵溶液中,总锰浓度较高（大于70g/L）,MnO溶解特性试验结果与理论分析结果一致。⑤对高磷低品位菱锰矿焙砂在氨水-碳酸铵溶液浸出过程中氨水浓度、碳酸铵浓度、浸出温度、粒度以及液固比等对磷和锰的浸出规律以及磷锰分离特性进行研究。确立最佳的氨浸试验条件为:氨水浓度14mol/L,碳酸铵浓度2mol/L,浸出温度25℃,搅拌速度200r/min,粒度-200目,液固比5:1,浸出时间120min,锰的浸出率为91.2%,99.08%的磷进入浸渣,有效实现了磷锰分离。对高磷低品位菱锰矿焙砂氨浸过程的动力学分析表明焙砂在氨水-碳酸铵溶液中的反应受内扩散控制,反应活化能为30.8kJ/mol,浸出动力学方程可以表述为:1-2/3α-（1-α）2/3=0.001C（NH3·H2O）5.5251C（（NH4）2 CO3）1.1648·（dp）-0.7702 exp（-3704T）·t⑥对氨浸液的蒸氨工艺进行了研究,考察了蒸氨温度和蒸氨时间对溶液pH值和锰沉淀率的影响规律。在蒸氨温度为85℃,蒸氨时间为30min的条件下,Mn的沉淀率达95%。蒸氨产物主要成分是MnCO3,Mn的含量为44.12%,P的含量为0.02%,Ca和Mg的含量分别为1.37%和1.85%。⑦采用氨浸法处理高磷低品位菱锰矿,锰的浸出率达91.2%,99.08%的磷进入浸渣,磷锰分离效果好。对于锰和磷的含量分别为18.62%和0.42%的高磷低品位菱锰矿,经脱硅预处理—焙烧—氨水-碳酸铵溶液浸出—蒸氨工艺处理后得到的碳酸锰粉中锰和磷的含量分别为44.12%和0.02%,P/Mn=0.00045,杂质含量低,满足工业碳酸锰一级品的标准。氨浸法处理高磷低品位菱锰矿具有磷锰分离效果好,碳酸锰产品纯度高等优势,值得进一步推广应用。